Цинкові функції Р.Боргаччі

які

Що таке цинк?

Цинк, який вважається важливим живильним речовиною для здоров'я людини, виконує численні функції по всьому тілу.

Цинк в організмі людини

Тіло людини містить близько 2-4 грам цинку. Більша частина його знаходиться в органах, з більшою концентрацією в простаті і в очах; вона також багата на мозок, м'язи, кістки, нирки і печінку. Сперма особливо багата цинком, ключовим чинником функціонування передміхурової залози і ростом репродуктивних органів.

Функції та біологічна роль

Цинк, здається, має дуже важливі біологічні функції і ролі, особливо в конституції і функціонуванні ферментів, нуклеїнових кислот і білків різних видів. У пептидах іони цинку часто координуються до бічних ланцюгів амінокислот аспарагінової кислоти, глутамінової кислоти, цистеїну та гістидину. Однак теоретичний і обчислювальний опис цього зв'язку цинку в білках - як і інших перехідних металів - важко пояснити.

У людини біологічні функції і ролі цинку повсюдні. Вона взаємодіє з широким спектром органічних лігандів і має основні функції в метаболізмі нуклеїнових кислот РНК і ДНК, в трансдукції сигналів і в експресії генів. Цинк також регулює апоптоз - загибель клітин. Дослідження 2006 року показало, що близько 10% людських білків пов'язані з біологічною роллю цинку, не кажучи вже про сотні інших пептидних факторів, що беруть участь у транспортуванні мінералів; аналогічне дослідження "in silico" - комп'ютерне моделювання - в рослині Arabidopsis thaliana виявило 2367 цинк-пов'язаних білків.

У мозку цинк зберігається в специфічних синаптичних везикулах глутаматергічних нейронів і може модулювати нейрональну збудливість. Вона відіграє ключову роль у синаптичній пластичності і, отже, у комплексному навчанні. Гомеостаз цинку також відіграє важливу роль у функціональній регуляції центральної нервової системи. Вважається, що дисбаланси в гомеостазі цинку в центральній нервовій системі можуть викликати надмірну концентрацію синаптичного цинку з потенціалом:

Нейротоксичність, обумовлена мітохондріальним окислювальним стресом - наприклад, переривання певних ферментів, що беруть участь у транспортному ланцюжку електронів, таких як комплекс I, комплекс III і α-кетоглутаратдегідрогеназа
Нерівномірність кальцієвого гомеостазу
Глутаматергічна нейрональна ексайтотоксичність
Інтерференція з інтраневрональною трансдукцією сигналу.

L- і D-гістидин - ізомери однієї і тієї ж амінокислоти - полегшують поглинання цинку в мозку. SLC30A3 - сімейство розчинених носіїв 30 членів 3 або цинк-транспортер 3 - є основним носієм цинку, що бере участь у мінеральному гомеостазі головного мозку.

ферменти

Серед численних функцій і біохімічних ролей цинку ми вже говорили, що існує конституція ферментів.

Цинк (точніше іон Zn2 +) є дуже ефективною кислотою Льюїса, властивістю, яка робить її каталітичним агентом, корисним для гідроксилювання та інших ферментативних реакцій. Вона також має гнучку координаційну геометрію, яка дозволяє білкам, які використовують його, швидко змінювати конформацію для виконання різних біологічних реакцій. Двома прикладами цинковмісних ферментів є: карбоангідраза і карбоксипептидаза, необхідні для процесів регулювання вуглекислого газу (CO2) і перетравлення білків.

Цинк і карбоангідрази

У крові хребетних фермент карбоангідрази перетворює СО2 в бікарбонат, і той же фермент перетворює бікарбонат у СО2 згодом видихається через легені. Без цього ферменту, при нормальному рН крові, конверсія буде відбуватися приблизно в мільйон разів повільніше, або потребуватиме рН 10 або більше. Незв'язана β-карбоангидраза незамінна для рослин внаслідок утворення листя, синтезу оцтової індольної кислоти (ауксину) і алкогольного бродіння.

Цинк і карбоксипептидаза

Фермент карбоксипептидази розщеплює пептидні зв'язки під час перетравлення білка; точніше, це полегшує нуклеофільну атаку на групу CO пептиду, генеруючи високореактивний нуклеофил або активуючи карбоніл для атаки

шляхом поляризації. Він також стабілізує тетраедричний проміжний - або перехідний стан - який

воно генерується з нуклеофільною атакою на карбонильний вуглець. Нарешті він повинен стабілізувати атом

аміду азоту, щоб зробити його відповідною вихідною групою, як тільки зв'язок CN є

були розбиті.

сигналізації

Цинк має функцію месенджера, здатного активувати шляхи передачі сигналів. Багато з цих шляхів посилюють аберантний ріст раку. Одна з протипухлинних терапій передбачає націлювання на ZIP-транспортери (білок-переносник білка - цинку). Це мембранні транспортні білки сімейства транспортерів розчинених речовин, які контролюють доставку цинку в мембрані і регулюють його внутрішньоклітинні і цитоплазматичні концентрації.

Інші білки

Цинк грає структурну роль у так званих "цинкових пальцях" - або цинкових пальцях, специфічних білкових областях, здатних зв'язувати ДНК. Цинковий палець є частиною деяких факторів транскрипції, білків, які розпізнають послідовності ДНК під час процесів реплікації та транскрипції.

Цинкові іони цинкового пальця допомагають підтримувати структуру пальця шляхом скоординованого зв'язування з чотирма амінокислотами в факторі транскрипції. Фактор транскрипції обертає спіраль ДНК і використовує різні "пальцеві" частини для точного прив'язки до послідовності-мішені.

У плазмі крові цинк зв'язується і транспортується альбуміном (60% - низька спорідненість) і трансферрином (10%). Останній також несе залізо, яке знижує поглинання цинку і навпаки. Подібний антагонізм також відбувається між цинком і міддю. Концентрація цинку в плазмі крові залишається відносно постійною незалежно від перорального прийому - з їжею або добавками - цинку. Клітини в слинних залозах, передміхуровій залозі, імунній системі та кишечнику використовують цинкові сигнали для взаємодії один з одним.

У деяких мікроорганізмів, в кишечнику і в печінці, цинк може зберігатися в запасах металотіонеїну. Кишкові клітини МТ здатні регулювати поглинання харчового цинку на 15-40%. Проте неналежне або надмірне споживання може бути шкідливим; насправді, завдяки принципу антагонізму, надлишок цинку підриває поглинання міді.

Транспортер допаміну людини містить сайт зв'язування з високою спорідненістю для позаклітинного цинку, який після насичення інгібує зворотне захоплення дофаміну і підсилює потік амфітаміну дофаміну - in vitro. Транспортери серотоніну і норадреналіну не містять сайтів зв'язування цинку.

бібліографія

Марет, Вольфганг (2013). "Глава 12. Цинк і хвороба людини". У Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Взаємозв'язки між іонами основних металів і захворюваннями людини. Іони металів в науках про життя. 13. Спрінгер. стр. 389-414.
Prakash A, Bharti K, Majeed AB (квітень 2015). "Цинк: показання до порушень головного мозку". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
Cherasse Y, Urade Y (листопад 2017 року). "Дієтичні дії цинку як модулятор сну". Міжнародний журнал молекулярних наук. 18 (11): 2334. Цинк є другим найбільш поширеним слідом металом в організмі людини і має важливе значення для багатьох біологічних процесів. ... Слідовий метал є важливим кофактором для більш ніж 300 ферментів і 1000 факторів транскрипції [16]. ... У центральній нервовій системі цинк є другим найбільш поширеним слідом металом і бере участь у багатьох процесах. Він також відіграє важливу роль у сигналізації клітин і модуляції нейрональної активності.
Прасад А.С. (2008). "Цинк у здоров'ї людини: вплив цинку на імунні клітини". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
Роль цинку в мікроорганізмах особливо розглядається в: Sugarman B (1983). "Цинк і інфекція". Огляд інфекційних хвороб. 5 (1): 137–47.
Бавовна 1999 р., С. 625-629
Слива, Лора; Каток, Лотар; Haase, Hajo (2010). "Істотний токсин: вплив цинку на здоров'я людини". Внутрішнє середовище охорони здоров'я. 7 (4): 1342–1365.
Брандт, Ерік Г .; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Бергман, Томаш; Edholm, Olle (2009). "Дослідження молекулярної динаміки зв'язування цинку з цистеїнами в пептидному мікомі структурної ділянки цинку алкогольдегідрогенази". Phys. хімреагентів хімреагентів Phys. 11 (6): 975–83
Rink, L; Габріель П. (2000). "Цинк і імунна система". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541–52.
Wapnir, Raul A. (1990). Білкове харчування та поглинання мінералів. Бока Ратон, штат Флорида: CRC Press.
Berdanier, Carolyn D.; Dwyer, Johanna T.; Фельдман, Елейн Б. (2007). Довідник з харчування та продуктів харчування. Бока Ратон, штат Флорида: CRC Press.
Bitanihirwe BK, Cunningham MG (листопад 2009 року). "Цинк: темний кінь мозку". Synapse. 63 (11): 1029–1049.
Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Цинк і коркова пластичність". Brain Res Rev. 59 (2): 347–73
Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (травень 2014). "Роль цинку в патогенезі та лікуванні захворювань центральної нервової системи (ЦНС). Наслідки гомеостазу цинку для належної функції ЦНС" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369–377. Архів (PDF) з оригіналу 29 серпня 2017 року.
PMID 17119290
NRC 2000, с. 443
Stipanuk, Martha H. (2006). Біохімічні, фізіологічні та молекулярні аспекти харчування людини. Компанія WB Saunders. стр. 1043-1067.
Greenwood 1997, с. 1224-1225
Коен, Амнон; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Ізотопні ефекти в хімії та біології. Бока Ратон, штат Флорида: CRC Press. р. 850.
Greenwood 1997, p. 1225
Cotton 1999, p. 627
Gadallah, MAA (2000). "Вплив індол-3-оцтової кислоти і цинку на ріст, осмотичний потенціал і розчинні вуглецеві і азотні компоненти рослин сої, що ростуть під дефіцитом води". Журнал посушливих середовищ. 44 (4): 451–467.
Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Яйлор, Кетрін М. (2018). "Глава 17. Орієнтація на сигналізацію цинку (II) для запобігання раку". У Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Метал-ліки: розвиток і дія агентів проти раку. 18. Берлін: de Gruyter GmbH. стр. 507-529.
Cotton 1999, p. 628
Уїтні, Елеонора Носс; Рольфес, Шарон Раді (2005). Розуміння харчування (10-е изд.). Thomson Learning. стр. 447-450
NRC 2000, с. 447
Hershfinkel, Michal; Сільверман, Вільям Ф.; Секлер, Ізраїль (2007). "Рецептор зондування цинку, зв'язок між сигналізацією цинку і клітини". Молекулярна медицина. 13 (7–8): 331–6.
Cotton 1999, p. 629
Блейк, Стів (2007). Вітаміни та мінерали демістифіковані. McGraw-Hill Professional. р. 242.
Fosmire, GJ (1990). "Цинкова токсичність". Американський журнал клінічного харчування. 51 (2): 225–7.
Krause J (квітень 2008). "SPECT і ПЕТ транспортера допаміну в розладі дефіциту уваги / гіперактивності". Експерт Рев. Нейротер. 8 (4): 611–625.
Sulzer D (лютий 2011). "Як звикання наркотики порушують пресинаптичну допамінову нейротрансмісію". Neuron. 69 (4): 628–649.
Scholze P, Nørregaard L, Сінгер Е.А., Фрісмут М, Гетхер U, Sitte HH (червень 2002). "Роль іона цинку в зворотному транспорті, опосередкованого моноамінними транспортерами". J. Biol. хімреагентів 277 (24): 21505–21513. Транспондер допаміну людини (hDAT) містить ендогенний сайт зв'язування Zn2 + з високою спорідненістю з трьома координуючими залишками на його позаклітинному обличчі (His193, His375 і Glu396). ... Таким чином, коли Zn2 + спільно вивільняється з глутаматом, він може значно збільшити відтік дофаміну.